CN103323717A - 一种直流输电阀试验系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种直流输电阀试验系统，包括脉冲转换控制装置、试验控制单元和VBE，所述脉冲转换控制装置用于通过阀基电子VBE控制试验回路各阀，且脉冲转换控制装置与试验控制单元通信连接。本发明的直流输电阀试验系统包括脉冲转换控制装置、试验控制单元和VBE，脉冲转换控制装置通过CAN总线标准通信协议完成装置和上层控制单元之间信号的传输，同时通过触发脉冲基准源和设定的参数，生成运行试验中各阀的触发脉冲，配合控制单元实现运行试验项目的自动切换。该试验系统通过对预设试验项目编号和试验参数的提取，生成试验回路中各阀的触发脉冲，保证运行试验回路各阀触发时序、触发精度严格按照设定值输出。

Description

一种直流输电阀试验系统

技术领域

本发明涉及一种直流输电阀试验系统。

背景技术

大功率晶闸管阀和IGBT阀是常规直流输电系统和柔性直流输电系统的核心设备，对系统的安全、稳定运行起着至关重要的作用。随着直流输电电压等级和容量的不断提升，对晶闸管阀和IGBT的稳态和暂态的运行特性要求也越来越高。

为检验和提高阀的电压、电流等应力特性、保证阀运行的可靠性，必须对阀进行型式试验，而运行试验是型式试验的一部分，也是现今每个直流输电工程投运之前必须进行的试验项目。运行试验用于检验阀的导通、关断和有关电压、电流特性。运行试验装置是用来进行各种高压串联阀多种全载和过载运行试验最为重要的试验装置。

运行试验装置包括电流源回路、电压源回路试品阀和多个辅助控制阀。电流源为试品阀提供稳定的通态电流和精确的开通、关断触发脉冲基准源；电压源为试品阀提供试品阀通态和断态时的阀电压。由于运行试验装置设备成本及开发难度的原因，通常采用简化的直流输电工程用极控屏柜作为运行试验装置的控制系统，但是工程用极控只具有常规阀组触发脉冲输出功能的局限性，只能为运行试验提供脉冲基准源，不能精确、有效的控制所有阀通断，且运行试验标准要求必须完全模拟阀的实际运行工况，触发脉冲的精度要求按照工程运行标准执行，误差范围不大于0.02度。运行试验回路中各阀的触发时序和精度、试验项目的连续性及切换过程直接影响到试验的正常进行及试验结果能否满足阀运行试验标准要求，甚至会影响到试验设备的损坏与否。

发明内容

本发明的目的是提供一种直流输电阀试验系统，用于完成特高压晶闸管阀和柔性直流输电IGBT阀运行试验标准所规定的阀电流和电压应力特性的测试。

为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：一种直流输电阀试验系统，包括脉冲转换控制装置、试验控制单元和VBE，所述脉冲转换控制装置用于通过阀基电子VBE控制试验回路各阀，且脉冲转换控制装置与试验控制单元通信连接，所述脉冲转换控制装置包括FPGA和CPU，FPGA和CPU之间输入输出连接，CPU具有用于与试验控制单元通信连接的通信接口，FPGA用于根据提取到的试验参数生成通过VBE控制的试验回路中与对应试验项目相关各阀的触发脉冲，且用于将不同频率和信号类型的脉冲基准源解调转成阀基电子VBE需要的脉冲形式。

所述试验控制单元包括控制主机和与控制主机通过PCI总线通信连接的至少一个PCI板卡，各PCI板卡之间通过TDM总线通信连接。

所述试验控制单元包括还包括用于与对应的一次设备控制连接的模拟量测量模块和开关量输入/输出模块，所述模拟量测量模块与PCI板卡之间通过TDM总线通信连接；所述开关量输入/输出模块与PCI板卡之间通过CAN总线通信连接。

该试验系统还包括用于与试验控制单元通过LAN总线连接的后台监控单元，后台监控单元包括人机接口和试验数据存储设备。

该试验系统还包括一个与试验控制单元互为冗余的保护单元，所述试验控制单元和保护单元通过TDM总线通信连接。

本发明的直流输电阀试验系统包括脉冲转换控制装置、试验控制单元和VBE，脉冲转换控制装置通过CAN总线标准通信协议完成装置和上层控制单元之间信号的传输，同时通过触发脉冲基准源和设定的参数，生成运行试验中各阀的触发脉冲，配合控制单元实现运行试验项目的自动切换。该试验系统通过对预设试验项目编号和试验参数的提取，生成试验回路中各阀的触发脉冲，保证运行试验回路各阀触发时序、触发精度严格按照设定值输出。

附图说明

图1为本发明脉冲转换控制装置的结构框图；

图2为本发明直流输电阀试验系统的结构框图；

图3为本发明直流输电阀运行试验触发脉冲转换控制流程图。

具体实施方式

下面结合附图及具体的实施例对本发明进行进一步介绍。

如图1所示，本发明的脉冲转换控制装置包括FPGA和CPU，FPGA和CPU之间通过控制口P1和数据口P2实现输入输出连接，CPU具有用于与试验控制单元通信（本实施例为CAN通信）连接的通信接口，FPGA用于根据提取到的试验参数生成通过VBE控制的试验回路中与对应试验项目相关各阀的触发脉冲。脉冲转换控制装置与试验控制单元通信连接，可以实现将不同频率和信号类型的脉冲基准源解调转换成运行试验系统阀基电子VBE需要的脉冲形式，并根据预设的运行试验阀触发参数，以脉冲基准源为触发时序参考点，通过快速并行处理逻辑单元自动生成试验回路所有阀的高精度、短延时触发脉冲和脉冲宽度，并控制输出，同时按照预先设定的运行试验项目序列和试验参数，实现试验项目间不间断运行，并提供多种手动和自动停止试验的方式。

脉冲转换控制装置的触发脉冲电平信号输出是由装置内并行逻辑处理器FPGA产生的3.3V电平脉冲，分组后经由光电隔离电路转换为24V信号，输出至装置的接口单元，通过光/电双通道发送生成的触发脉冲。通过光和电两套输出通道，以及多路备用通道，提高该装置的适应性和扩展性。

如图2所示，本发明直流输电阀试验系统包括脉冲转换控制装置、试验控制单元和VBE，脉冲转换控制装置用于通过阀基电子VBE控制试验回路各阀，且脉冲转换控制装置与试验控制单元通信连接。

试验控制单元包括控制主机和与主机通过PCI总线通信连接的至少一个PCI板卡，各PCI板卡之间及PCI板卡与模拟量测量模块均通过TDM总线通信连接；PCI板卡通过CAN总线与开关量输入/输出模块通信连接；模拟量测量模块和开关量输入/输出模块通过电气信号与对应的一次设备控制连接。

本实施例的试验系统还包括用于与试验控制单元通过LAN总线连接的后台监控单元，后台监控单元包括人机接口和试验数据存储设备；同时为了保证试验系统的安全稳定运行，还设置了保护单元作为试验控制单元的冗余配置，两单元通过TDM总线通信连接，根据跳闸和解锁信号实现两单元的切换运行。

本发明通过脉冲转换控制装置和试验控制单元的通信，脉冲转换控制装置下载接收一套或多套运行试验触发参数、试验起/停指令、试验项目编号、接收触发脉冲基准源；并上传每个试验参数以及对应的套内试验项目编号用于校验试验参数设置的有效性、上传当前进行的试验项目编号、上传每套参数的下载状态及完成标志，以进行后续试验项目对应的试验参数的下发。

本发明通过脉冲转换控制装置和试验控制单元的通信，脉冲转换控制装置下载接收一套或多套运行试验触发参数、试验起/停指令、试验项目编号、接收触发脉冲基准源；并上传每个试验参数以及对应的套内试验项目编号用于校验试验参数设置的有效性、上传当前进行的试验项目编号、上传每套参数的下载状态及完成标志，以进行后续试验项目对应的试验参数的下发。

对于试验参数下载过程中的数据校验功能实现：运行试验的触发参数对试验有着至关重要的作用，试验参数的错误会导致试验的失败，甚至造成设备的损坏。脉冲转换控制装置通过CAN总线与上层通信接收参数，采用帧内奇偶校验和全数据校验双重校验机制，确保试验参数的有效性。对所提取试验参数数据进行数据校验的过程如下：脉冲转换控制装置通过CAN总线接收到的每一帧试验参数数据都带有奇偶校验位，在进行数据校验时，若校验不通过，则作为误码丢弃，同时将接收到的每一帧有效参数和接收到的试验参数项目编号上传到试验控制单元，若接收到的试验参数数据和实验项目编号均与发送的信息相对应，则判定此试验参数数据提取下载成功，否则进行重传；且每套试验项目的试验参数下载完成后，上传试验参数提取下载完成标志，以下载后续的试验参数。

如图3所示为本发明直流输电阀运行试验触发脉冲转换控制流程图，依托本发明脉冲转换控制装置与试验控制单元的通信，本实施例以运行试验回路6脉动背靠背电流源解锁后，整流侧输出的1号阀触发脉冲为基准源，依据预设的触发时序参数生成待试验阀和其他辅助阀的触发脉冲，利用C语言和VHDL语言软件编程实现阀触发时序参数下载、脉冲自动生成和运行试验的自动切换。这里所述的1号阀为换流器A相上桥臂阀，3和5号阀为B相和C相上桥臂阀，4、6、2号阀分别是A、B、C下桥臂阀，换流器三相桥臂中阀的导通序列为：1→2→3→4→5→6→1，每个阀的触发脉冲宽度是120°。

本发明直流输电阀试验控制方法的步骤如下：

（1）接收预设的待运行试验项目的编号，该试验项目编号为根据阀运行试验标准要求所设置的各个运行试验项目的执行序列号。

（2）提取接收到的编号所对应试验项目的试验参数，包括阀触发时序、脉冲宽度和试验周期数，将其存入FPGA运行试验参数存储区；

（3）根据提取到的试验参数，生成试验回路中与对应试验项目相关各阀的触发脉冲，并控制输出以进行试验。

为了实现试验的自动切换，根据阀运行试验标准要求，试验控制单元设置多个运行试验项目的执行序列并进行编号，以及各试验项目的运行时间，脉冲转换控制装置接收试验控制单元下载的多套运行试验项目的试验参数，通过对各试验项目编号和触发时序试验参数的依次轮换和提取，在可编程并行逻辑处理器件FPGA进行软件编程的基础上，实现多试验项目无断续自动切换。

具体工作过程如下：试验开始前，脉冲转换控制装置接收第一项试验项目的编号，提取当前编号对应的试验参数。试验开始后，若有后续的试验项目，必须在当前（本项）试验进行过程中，接收到下一项试验项目的编号，以提取后续的试验参数存入FPGA试验参数存储区，在本项试验结束后立即切换到下一个试验项目，实现不同试验项目间的不间断切换，保证阀试验电流和电压的解裂。

运行试验序列的完成检测是依据FPGA运行参数存储区修改标志来判断，最后一项试验完成后，若FPGA运行参数存储区的序列修改标志位无效，则判定全部试验已完成，自动停止试验。

在生成各阀的触发脉冲时以脉冲基准源为触发时序参考点，阀触发时序算法以通过阀的电流和电压需要为基础，计算出各阀以触发脉冲基准源为基点的触发脉冲和脉冲宽度及试验周期数，包括在一个工频周期内的多次触发，并将计算得出的运行试验项目对应参数下发到存储和执行单元，通过可编程并行逻辑处理器件FPGA进行软件编程，以6脉动背靠背电流源系统发出的运行试验脉冲基准源为触发时刻计数起始点、以工频周期为一个计数周期，生成一个或多个预设的阀触发对应的脉冲宽度的24V电平脉冲，某个脉冲通道在一个工频周期内最多可支持10次触发。

脉冲基准源通过自动转换使其脉冲类型与阀基电子VBE相匹配，自动转换过程如下：利用FPGA强大的并行逻辑处理功能，将±5V的不同类型（差分或电平）和不同频率（可高达10MHz）的基准脉冲源信号，经过设定延时时间（本实施例取1us）的延时（硬件延时或FPGA软件信号处理延时）后，通过光电隔离电路转换为与阀基电子VBE相匹配的电平信号（本实施例为24V电平信号）输出。

Claims (5)

1.一种直流输电阀试验系统，其特征在于：包括脉冲转换控制装置、试验控制单元和VBE，所述脉冲转换控制装置用于通过阀基电子VBE控制试验回路各阀，且脉冲转换控制装置与试验控制单元通信连接，所述脉冲转换控制装置包括FPGA和CPU，FPGA和CPU之间输入输出连接，CPU具有用于与试验控制单元通信连接的通信接口，FPGA用于根据提取到的试验参数生成通过VBE控制的试验回路中与对应试验项目相关各阀的触发脉冲，且用于将不同频率和信号类型的脉冲基准源解调转成阀基电子VBE需要的脉冲形式。

2.根据权利要求1所述的直流输电阀试验系统，其特征在于：所述试验控制单元包括控制主机和与控制主机通过PCI总线通信连接的至少一个PCI板卡，各PCI板卡之间通过TDM总线通信连接。

3.根据权利要求2所述的直流输电阀试验系统，其特征在于：所述试验控制单元包括还包括用于与对应的一次设备控制连接的模拟量测量模块和开关量输入/输出模块，所述模拟量测量模块与PCI板卡之间通过TDM总线通信连接；所述开关量输入/输出模块与PCI板卡之间通过CAN总线通信连接。

4.根据权利要求1所述的直流输电阀试验系统，其特征在于：该试验系统还包括用于与试验控制单元通过LAN总线连接的后台监控单元，后台监控单元包括人机接口和试验数据存储设备。

5.根据权利要求1～4任意一项所述的直流输电阀试验系统，其特征在于：该试验系统还包括一个与试验控制单元互为冗余的保护单元，所述试验控制单元和保护单元通过TDM总线通信连接。

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